碳的地質封存技術
碳的地(di)(di)質封存技術是直接將CO2注入地(di)(di)下的地(di)(di)質構造當中,如油田、天然氣儲(chu)層、含鹽地(di)(di)層和不可(ke)采煤(mei)層等都適合CO2的儲(chu)存。
地質(zhi)(zhi)封存(cun)(cun)取決這(zhe)(zhe)些構造(zao)的(de)(de)物(wu)理(li)(li)和(he)(he)地球化學的(de)(de)俘獲(huo)機理(li)(li)。CO2注(zhu)入(ru)后,儲層(ceng)構造(zao)上方的(de)(de)大頁(ye)巖(yan)(yan)和(he)(he)粘(zhan)質(zhi)(zhi)巖(yan)(yan)起到了阻擋(dang)CO2向(xiang)上流(liu)動(dong)的(de)(de)物(wu)理(li)(li)俘獲(huo)作(zuo)用。這(zhe)(zhe)個不透水層(ceng)稱為“蓋(gai)層(ceng)”(caprock)。毛管力提供的(de)(de)其他(ta)物(wu)理(li)(li)俘獲(huo)作(zuo)用可將CO2留在儲層(ceng)構造(zao)的(de)(de)孔(kong)隙中。然而(er),在許(xu)多情況下,儲層(ceng)構造(zao)的(de)(de)一(yi)側或(huo)多側保持(chi)開(kai)口,以(yi)便(bian)于(yu)CO2在蓋(gai)層(ceng)下側向(xiang)流(liu)動(dong)。隨著CO2與(yu)現場(chang)流(liu)體和(he)(he)寄巖(yan)(yan)發(fa)生化學反應(ying),地質(zhi)(zhi)化學俘獲(huo)機理(li)(li)開(kai)始發(fa)揮作(zuo)用。如果CO2在現場(chang)水中溶解(一(yi)般是(shi)(shi)(shi)在幾百a乃至(zhi)幾千a內),充(chong)滿CO2的(de)(de)水的(de)(de)密度越(yue)來越(yue)高(gao),因此會沉伏于(yu)儲層(ceng)構造(zao)中而(er)不是(shi)(shi)(shi)浮(fu)向(xiang)地表。此外(wai),溶解的(de)(de)CO2與(yu)巖(yan)(yan)石中的(de)(de)礦(kuang)物(wu)質(zhi)(zhi)發(fa)生化學反應(ying)形成(cheng)離子(zi)類物(wu)質(zhi)(zhi)并轉化為碳酸(suan)鹽礦(kuang)物(wu)質(zhi)(zhi)。與(yu)地質(zhi)(zhi)封存(cun)(cun)關(guan)聯的(de)(de)另(ling)一(yi)種處理(li)(li)方式是(shi)(shi)(shi)CO2的(de)(de)再利用。即將CO2注(zhu)入(ru)正接近枯竭的(de)(de)油田(tian)以(yi)提高(gao)石油采(cai)收(shou)。這(zhe)(zhe)種方案(an)比較具有吸引力,因其能夠從額外(wai)開(kai)采(cai)的(de)(de)石油中部分補償CO的(de)(de)儲存(cun)(cun)成(cheng)本,但缺點是(shi)(shi)(shi)這(zhe)(zhe)類油田(tian)的(de)(de)地理(li)(li)分布(bu)不均,且開(kai)采(cai)潛力有限。
不可(ke)(ke)采煤(mei)層也可(ke)(ke)用(yong)(yong)以儲(chu)存(cun)CO2,因其可(ke)(ke)吸附(fu)于煤(mei)層表面(mian),但(dan)是否可(ke)(ke)行則取決(jue)于煤(mei)床的滲透性(xing)。儲(chu)存(cun)過(guo)程中會產生甲烷氣體,并可(ke)(ke)加以開采利(li)用(yong)(yong),即(ji)煤(mei)層氣回收(shou)增強技術(ECBM)。
含(han)鹽地(di)層中(zhong)(zhong)主要是(shi)高度(du)礦化的(de)鹽水(shui),并無利(li)用(yong)價值(zhi),有(you)時用(yong)于存(cun)(cun)放化學廢棄(qi)物。鹽堿(jian)含(han)水(shui)層的(de)主要優點是(shi)其巨大的(de)儲存(cun)(cun)容量,且地(di)理(li)分布(bu)較廣,對CO2的(de)運輸而(er)言較為方便。但不(bu)(bu)象(xiang)油田或煤層,在含(han)鹽地(di)層中(zhong)(zhong)儲存(cun)(cun)CO2并不(bu)(bu)能產生任何有(you)經濟價值(zhi)的(de)副產品,無形(xing)中(zhong)(zhong)提(ti)高了儲存(cun)(cun)成本(ben)。而(er)且人們(men)一直(zhi)對這種(zhong)構造中(zhong)(zhong)儲存(cun)(cun)的(de)CO2是(shi)否(fou)會(hui)泄漏(lou)存(cun)(cun)有(you)疑問,不(bu)(bu)過最近的(de)研究(jiu)表(biao)明有(you)幾(ji)種(zhong)吸附(fu)機理(li)可(ke)使CO2固(gu)定(ding)在鹽層下。到2005年共有(you)3個(ge)工業級的(de)CO2地(di)質儲存(cun)(cun)項目在運行(xing)之(zhi)中(zhong)(zhong)。
其中挪威Statoil公司開發的(de)(de)Sleipner天(tian)然(ran)(ran)氣(qi)田(tian)CO2封存(cun)項(xiang)(xiang)目(mu)運(yun)行時(shi)間最(zui)長。該氣(qi)田(tian)于(yu)(yu)1996年(nian)投產,位(wei)于(yu)(yu)北海,建(jian)有(you)世界上(shang)第1個工業級(ji)CO2捕獲(huo)設施,處理方法是(shi)用醇(chun)胺溶(rong)劑(ji)從天(tian)然(ran)(ran)氣(qi)中吸收(shou)二氧化碳并通過回注(zhu)鉆孔(kong)儲(chu)存(cun)于(yu)(yu)深達(da)1000m海床下的(de)(de)含鹽地(di)層中,處理能(neng)力約為(wei)每天(tian)2,800t。加(jia)拿大的(de)(de)Weyburn項(xiang)(xiang)目(mu)開始于(yu)(yu)2000年(nian),是(shi)將(jiang)美(mei)國北達(da)科他州(zhou)Beulah的(de)(de)大型煤氣(qi)化裝置中捕獲(huo)的(de)(de)CO2輸送到加(jia)拿大Saskatchewan省(sheng)東南部的(de)(de)Weyburn油田(tian),用于(yu)(yu)增(zeng)強采(cai)油,目(mu)前每年(nian)注(zhu)入(ru)的(de)(de)CO2約為(wei)150萬t。第3個是(shi)位(wei)于(yu)(yu)阿爾及(ji)利(li)亞的(de)(de)In Salah項(xiang)(xiang)目(mu),與Sleipner類似(si),也是(shi)將(jiang)從天(tian)然(ran)(ran)氣(qi)中分離的(de)(de)CO2注(zhu)入(ru)地(di)下,年(nian)處理量約為(wei)120萬t。
地(di)質封存(cun)是最有發展潛力(li)的(de)一種(zhong)方案,據估(gu)算全球(qiu)貯量(liang)至(zhi)少可以達到2000Gt。
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